一種制備羧酸酯類化合物的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于有機化合物的制備技術領域，具體涉及一種羧酸酯類化合物的催化制 備方法。
【背景技術】
[0002] 羧酸酯類化合物是很多天然產物、藥物分子和精細化學品的重要結構單元(參見： K.C.K.Swamy, N.N.B.Kumar, E. Balaraman? K. V. P. P. Kumar, Chem. Rev.,2009, 109, 2551)，因此羧酸酯的合成受到了越來越多的關注。這類化合物傳統上可通過羧酸或 羧酸衍生物(如酰氯或酸酐）與醇的反應來制備，也可通過羧酸鹽與鹵代烴的反應來制備， 但這些方法往往具有明顯的缺陷，例如反應的可逆性、反應條件的苛刻、含鹵廢棄物的排 放，底物的局限性等，這些都是亟待進一步改進的。因此開發合成羧酸酯的新方法是有很強 的潛在應用背景的。
[0003] 近年來，特定碳-氫鍵的直接酯化反應逐漸成為了合成羧酸酯的一種新方法。2011 年萬小兵課題組以叔丁基過氧化氫為氧化劑，率先實現了四丁基碘化銨催化的羧酸與醚類 化合物的酯化反應，這一反應是通過醚類化合物中a-碳的碳-氫鍵直接酯化而實現的（參 見：Long Chen, Erbo Shi , Zhaojun Liu, Shulin Chen, Wei Wei , Hong Li , Kai Xu, XiaobingWan, Chem. Eur. J. 2011，17，4085)。另外以叔丁基過氧化氫為氧化劑、以四 丁基碘化銨為催化劑，可以實現羧酸與乙苯或環己烯的酯化反應，這些酯化反應是通過乙 苯的芐位碳-氫鍵或者環己烯的烯丙位碳-氫鍵的直接酯化而實現的。相關研究表明：四丁 基碘化胺不能有效催化相對價廉易得、但是反應活性偏低的甲苯類化合物的芐位碳-氫鍵 的直接酯化，而且前述反應中催化劑的用量較大，均達到20mol%。此外，以醋酸鈀為催化劑， 在常壓下以氧氣為氧化劑可以實現羧酸與甲苯的酯化反應，但底物也僅限于甲苯，對于結 構多變的取代甲苯類化合物和甲基雜環芳烴均沒有實現，而且該反應還需使用具有強腐蝕 性的三氟甲磺酸為添加劑（參見：Hongqiang Liu, Guangfa Shi, Shulei Pan, Yuyu Jiang, Yanghui Zhang，Org. Lett·, 2013，15，4098)。因此，開發高效綠色的催化體系 實現羧酸與甲苯類化合物及雜環芳烴參與的酯化反應是極具創新性和應用價值的。
[0004]在過去的十多年內，鐵系催化劑因具有廉價易得、低毒或者無毒、生物相容性好等 優點而得到了快速發展。以過氧化二叔丁基為氧化劑、以乙酰丙酮鐵為催化劑實現了首例 鐵系催化劑催化的羧酸與環醚類化合物的酯化反應，但遺憾的是該催化劑對甲苯參與的酯 化反應沒有催化活性，對烯丙基烴類化合物活性差。總之，目前還未見經由鐵系催化劑實現 的羧酸和甲苯類化合物及雜環芳烴的酯化反應。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種原料來源簡單廣泛、反應過程穩定、操作簡便的制備方 法，以簡單、安全、高效地制備羧酸酯類化合物。
[0006]為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是： 一種制備羧酸酯類化合物的方法，包括以下步驟：以鐵（III)配合物為催化劑、以有機 過氧化物為氧化劑，通過羧酸化合物與第二化合物的氧化偶聯反應制備得到羧酸酯類化合 物;所述鐵（in)配合物的化學式為[(tBuNOfeOfcNtBiOCHHFeBrd;所述第二化合物為烷基 苯、甲基雜環芳烴或者烯丙基烴類化合物。
[0007] 上述制備方法具體為，依次將催化劑、羧酸化合物、過氧化物和第二化合物加到反 應器中，然后于100~120°C下，氧化偶聯反應18~36小時;得到羧酸酯類化合物。為了提高 產物純度，本發明在氧化偶聯反應結束后冷卻至室溫，反應液經過柱層析得到羧酸酯類化 合物。
[0008] 上述技術方案中，鐵（III)配合物的化學式為[(tBuNafeOfeNtBiOCHKFeBn]，可由 下列化學結構式表達：
上述技術方案中，所述氧化偶聯反應在空氣中進行。
[0009] 上述技術方案中，所述氧化劑為過氧化二叔丁基。
[0010]優選的技術方案中，所述羧酸化合物為苯甲酸、對甲基苯甲酸、三甲基苯甲酸、1-萘甲酸、2-呋喃甲酸、2-噻吩甲酸、4-氯苯甲酸、4-苯基丁酸、環丙基甲酸、環己基甲酸、己 酸、乙酸、丁酸、環己基甲酸、4-甲氧基苯甲酸、鄰甲基苯甲酸、4-溴苯甲酸、4-氟苯甲酸、4-硝基苯甲酸;所述第二化合物為甲苯、二甲苯、三甲苯、乙苯、4-氯甲苯、2-甲基呋喃、2-甲基 噻吩、4-溴甲苯、4-氟甲苯、環己烯或者四甲基乙烯。
[0011]上述技術方案中，催化劑、羧酸化合物、過氧化物的摩爾比為(0.04~0.06) : 1: (2 ~3);優選為 0.05:1:2.5。
[0012]優選的技術方案中，所述氧化偶聯反應是溫度為110°C下；時間為20~25小時。
[0013] 優選的技術方案中，當第二化合物為烯丙基烴類化合物時，反應體系中加入有機 溶劑;有利于體系分散均勻，增加反應均勻性，優選有機溶劑為乙酸乙酯。
[0014] 根據本發明的技術方案，羧酸化合物可以與烷基苯類、甲基雜環芳烴化合物帶有 的芐位的碳-氫鍵進行氧化偶聯反應，制備羧酸芐基酯類化合物;羧酸化合物還可以與烯丙 基烴類化合物帶有的烯丙位的碳-氫鍵進行氧化偶聯反應，制備羧酸烯丙基酯類化合物。現 有技術未見經由鐵系催化劑實現的羧酸化合物同時可以與甲苯類化合物、甲基雜環芳烴以 及烯丙基烴類化合物反應制備羧酸酯類化合物的方法，本發明采用一種鐵（III)配合物催 化劑，通過羧酸分別與甲苯類化合物、甲基雜環芳烴以及烯丙基烴類化合物的氧化偶聯反 應來合成相應的羧酸芐基酯或羧酸烯丙基酯，產物收率可以高達99%，取得了意想不到的技 術效果。
[0015] 由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點： 本發明所采用的鐵(III)系催化劑組份單一、結構明確、合成簡單、在空氣中穩定存在， 有利于大規模合成使用。本發明首次以鐵（III)配合物為催化劑，實現了羧酸與烷基苯、甲 基雜環芳烴及烯丙基烴類化合物的酯化反應，相對于現有技術所使用的四丁基碘化胺(催 化劑)/叔丁基過氧化氫(氧化劑）、乙酰丙酮鐵(催化劑)/過氧化二叔丁基(氧化劑)等催化 體系，本發明不僅可以將催化劑用量大大降低、使催化效率顯著提高，降低反應成本，而且 還可以將芐位型底物拓展到甲苯類化合物，同時對甲基雜環芳烴和烯丙基烴類化合物參與 的酯化反應也具有很好的催化活性，大幅提高了底物的適用性，為合成羧酸酯類化合物提 供了一種新的方法。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合實施例對本發明作進一步描述： 實施例一 [(tBuNOfcOfeNtBu) CH] [FeBr4]催化的苯甲酸與甲苯的酯化反應 在反應瓶中依次加入苯甲酸(61.1毫克，0.5毫摩爾），催化劑（14.0毫克，0.025毫摩爾， 5 mo 1%)，過氧化二叔丁基(232微升，1.25毫摩爾），甲苯(3毫升），在110°C下反應24小時，反 應結束后冷卻至室溫，產物用柱層析提純（以乙酸乙酯/石油醚體積比為1:100的混合溶劑 為展開劑），產率為94%。
[0017] 將產物溶于⑶Cl3中（約0.4 mL)，封管，室溫下于Unity Inova-400型NMR儀上測定 表征：1!1匪1?(400 1抱，0)(：13，丁]\^):8.07-8.09 (111，2!〇，7.52-7.56 (111，1!〇，7.32-7.46 (m， 7H)， 5.36 (s， 2H)〇
[0018] 實施例二[(tBuNOfeOfeNtBiOCHEFeBn]催化的對甲基苯甲酸與甲苯的酯化反應 在反應瓶中依次加入對甲基苯甲酸(68.1毫克，0.5毫摩爾），催化劑(28.0毫克，0.05毫 摩爾，10 mol%)，過氧化二叔丁基(232微升，1.25毫摩爾），甲苯(3毫升），在100°C下反應28 小時，反應結束后冷卻至室溫，產物用柱層析提純（以石油醚為展開劑），產率為96%。
[0019] 將產物溶于⑶Cl3中（約0.4 mL)，封管，室溫下于Unity Inova-400型NMR儀上測定 表征：? NMR (400 MHz, CDC13，TMS): 8.00 (d，2H), 7.46-7.48 (m，2H), 7.35-7.42 (m, 3H), 7.25 (d, 2H), 5.37 (s, 2H), 2.41 (s, 3H)〇
[0020] 實施例三[(tBuNOfeCH^Bu) CH] [FeBr4 ]催化的均三甲基苯甲酸與甲苯的酯化反 應 在反應瓶中依次加入均三甲基苯甲酸（82.1毫克，0.5毫摩爾），催化劑（14.0毫克， 0.025毫摩爾，5 mol%)，過氧化二叔丁基（187微升，1.00毫摩爾），甲苯(3毫升），在110°C下 反應24小時，反應結束后冷卻至室溫，產物用柱層析提純（以乙酸乙酯/石油醚體積比為1: 50的混合溶劑為展開劑），產率為91%。
[0021] 將產物溶于⑶Cl3中（約0.4 mL)，封管，室溫下于Unity Inova-400型NMR儀上測定 表征：? NMR (400 MHz, CDC13，TMS): 7.40-7.43 (m，2H), 7.28-7.36 (m，3H), 6.81 (s, 2H), 5.33 (s, 2H), 2.24 (s, 9H)〇
[0022] 實施例四[(tBuNOfcOfcNtBiOCH][FeBr4]催化的1-萘甲酸與甲苯的